JP2013503211A - Fiber reinforced polyurethane molded product with three-dimensional raised structure - Google Patents
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Abstract
本発明は、リブ、支柱またはドームのような構造部を有する繊維強化ポリウレタン成形品に関し、この構造部も繊維強化されている。 The present invention relates to a fiber-reinforced polyurethane molded article having a structural part such as a rib, a column or a dome, and this structural part is also fiber-reinforced.
Description
本発明は、リブ、支柱またはドームのような構造部を有する繊維強化ポリウレタン成形品に関し、この構造部も繊維強化されている。 The present invention relates to a fiber-reinforced polyurethane molded article having a structural part such as a rib, a column or a dome, and this structural part is also fiber-reinforced.
種々のポリマーの繊維強化材は広く使用されている。繊維とポリマーマトリックスを組み合わせることにより、比剛性および比強度は高いがポリマー密度は低い材料が得られる。このため、そのような複合材料は、特に軽量構造物用途において関心が持たれている。この複合材料は、主に、繊維が均一に分布してよい二次元の構造物を製造するのに使用されている。 Various polymer fiber reinforcements are widely used. By combining the fiber and the polymer matrix, a material having high specific rigidity and specific strength but low polymer density can be obtained. For this reason, such composite materials are of particular interest in lightweight construction applications. This composite material is mainly used to produce a two-dimensional structure in which the fibers can be evenly distributed.
ポリマー構造物における繊維の使用は、例えばUS−A−3,824,201から知られている。マット、不織布、長繊維または連続繊維を、同特許公報に記載されているポリエステル−ポリウレタン組成物で湿潤し、それを硬化する前に切断する。 The use of fibers in polymer structures is known, for example, from US-A-3,824,201. The mat, non-woven fabric, long fiber or continuous fiber is wetted with the polyester-polyurethane composition described in the same patent publication and cut before it is cured.
強化ポリマー成形品のために、天然繊維に加えてグラスファイバーを使用することも、定着している。力学的用途のためには、グラスファイバーは多くの場合、ロービング、不織布または織布の形状をとる。グラスファイバーは、高い強度と剛性を有する。 The use of glass fibers in addition to natural fibers for reinforced polymer moldings has also become established. For mechanical applications, glass fibers often take the form of rovings, nonwovens or wovens. Glass fiber has high strength and rigidity.
グラスファイバーの高い強度は、サイズ剤の影響によるものである。個々のファイバーの破断点伸びは、5%までであり得る。グラスファイバーの引張強さおよび圧縮強さは、ある程度の可撓性を維持しながら、プラスチック材料に特有の剛性をもたらす。 The high strength of glass fiber is due to the influence of the sizing agent. The elongation at break of individual fibers can be up to 5%. The tensile and compressive strength of glass fiber provides the inherent rigidity of plastic materials while maintaining some flexibility.
グラスファイバーの弾性率は、ガラス固形塊の弾性率とほとんど変わらない。グラスファイバーは、分子配向がランダムな非晶構造を有する。グラスファイバーは、等方性機械的性質を有する。グラスファイバーは、破断するまで理想線形弾性を示す。グラスファイバーは、非常に小さい材料減衰特性しか有さない。ほとんどの場合、有意により軟質なプラスチック材料が使用されるので、グラスファイバー強化プラスチック材料から製造された構成部品の剛性は、弾性率によって、グラスファイバーの方向および体積分率によって、低い程度ではマトリックス材料の性質によって決まる。 The elastic modulus of the glass fiber is almost the same as the elastic modulus of the glass solid mass. The glass fiber has an amorphous structure with random molecular orientation. Glass fiber has isotropic mechanical properties. Glass fiber exhibits ideal linear elasticity until it breaks. Glass fiber has very little material damping properties. In most cases, a significantly softer plastic material is used, so the stiffness of components made from glass fiber reinforced plastic material depends on the modulus of elasticity, the direction and volume fraction of the glass fiber, and to a lesser extent the matrix material It depends on the nature of the.
今日、グラスファイバー強化プラスチック材料は、例えば、航空宇宙工学において、または自動車、輸送機械、建設機械、トレーラハウス、農機具、トラック、セミトレーラーを包含する自動推進構造物、並びに定置式機械または非自走機械およびトラックボックスのためのハウジング部品において極めて重要である。航空宇宙工学では、長繊維含有複合材料が、耐力部品の製造に広く使用されている。自動車産業では、現在、グラスファイバーまたは天然繊維の長繊維が、熱可塑性部品(例えば装備品)の強化に使用されている。 Today, fiberglass reinforced plastic materials are used, for example, in aerospace engineering or in autopropulsion structures, including automobiles, transport machinery, construction machinery, trailer houses, farm equipment, trucks, semi-trailers, as well as stationary machinery or non-propelled Very important in housing parts for machines and truck boxes. In aerospace engineering, long fiber-containing composite materials are widely used in the manufacture of load-bearing parts. In the automotive industry, glass fibers or long fibers of natural fibers are currently used to reinforce thermoplastic parts (eg equipment).
長いグラスファイバーをポリマー混合物に混合するならば、長いグラスファイバーは、規則的なパターンで配置されるのではなく、むしろランダムに分布する。ポリマー構造物にランダム配置された長いグラスファイバーは、例えばUS−A−4,791,019から知られている。しかしながら、グラスファイバーを所定の方向に配向する方法もまた知られている。これは例えば、CN 101 314 931 Aに記載されている。 If long glass fibers are mixed into the polymer mixture, the long glass fibers are not arranged in a regular pattern, but rather randomly distributed. Long glass fibers randomly arranged in a polymer structure are known, for example, from US-A-4,791,019. However, methods for orienting glass fibers in a predetermined direction are also known. This is described, for example, in CN 101 314 931 A.
更に、二次元要素を繊維強化ポリウレタン層で被覆する方法も知られている。この被覆は、実際の製品の安定性を高める。そのような方法は、例えばWO 2007/075535 A2およびDE 10 2006 046 130 A1に記載されている。 Furthermore, a method for coating a two-dimensional element with a fiber reinforced polyurethane layer is also known. This coating increases the stability of the actual product. Such a method is described, for example, in WO 2007/075535 A2 and DE 10 2006 046 130 A1.
繊維強化成形品は、DE 196 149 56 A1およびDE 10 2006 022 846 A1から知られている。ポリマー構造物を強化するために、グラスファイバーに加えてマットも使用されている。そのようなマット、織布または編物はグラスファイバーからなっていてもよい。 Fiber-reinforced moldings are known from DE 196 149 56 A1 and DE 10 2006 022 846 A1. In addition to glass fibers, mats are also used to reinforce polymer structures. Such mats, woven fabrics or knitted fabrics may consist of glass fibers.
繊維強化ポリウレタン成形品をRIM(反応射出成形)法により製造する場合、通常、ロボットにより、ポリウレタンと繊維の混合物を開放した型の下型に二次元的に分配する。上型またはパンチで型を閉じることによって、混合物を所望の形状にプレス加工する。圧力により、混合物中に捕捉されていた気泡が放出される。得られる生成物の形状は、型の形状によって決まる。グラスファイバー由来の構造は、圧縮後であっても最終生成物表面に存在することがある。より均一な表面を得るために、種々の長さのグラスファイバーを使用することができる。例えばJP 59−086636 Aは、グラスファイバーが種々の長さを有する、グラスファイバー強化樹脂組成物を記載している。WO 00/40650もまた、ポリウレタン組成物を強化するために長繊維および短繊維を使用している。短繊維は0.635cm(1/4インチ)以下の長さを有し、長繊維は0.635cm(1/4インチ)以上の長さを有する。PUR並びに長繊維および短繊維は、固定質量比で混合する。従って、長繊維がリブに入り込まなければ、リブにおける繊維の総割合は常に、二次元領域における割合より低い。 When a fiber-reinforced polyurethane molded product is manufactured by a RIM (reaction injection molding) method, a mixture of polyurethane and fibers is usually two-dimensionally distributed to a lower mold of an open mold by a robot. The mixture is pressed into the desired shape by closing the mold with an upper mold or punch. The pressure releases the air bubbles trapped in the mixture. The shape of the product obtained depends on the shape of the mold. Glass fiber-derived structures may be present on the final product surface even after compression. In order to obtain a more uniform surface, glass fibers of various lengths can be used. For example, JP 59-086636 A describes glass fiber reinforced resin compositions in which the glass fibers have various lengths. WO 00/40650 also uses long and short fibers to reinforce polyurethane compositions. The short fiber has a length of 0.635 cm (1/4 inch) or less, and the long fiber has a length of 0.635 cm (1/4 inch) or more. PUR and long and short fibers are mixed at a fixed mass ratio. Thus, if long fibers do not enter the ribs, the total proportion of fibers in the ribs is always lower than the proportion in the two-dimensional region.
DE 101 20 912 A1は、ポリウレタンから製造された複合材部品、および車体外部品におけるその使用を記載している。対応する複合材部品は2層からなり、1つの層は、彩色適性表面仕上を有する全面短繊維強化ポリウレタンを含む。第二の層は、長繊維強化ポリウレタンを含む。短繊維の使用により、滑らかな、即ち彩色適性の表面が得られる。しかしながら、この層は、長繊維強化層の性質以外の性質(特に機械的性質)を有する。 DE 101 20 912 A1 describes composite parts made from polyurethane and their use in off-body parts. Corresponding composite parts consist of two layers, one layer comprising an entire short fiber reinforced polyurethane with a colorable surface finish. The second layer includes long fiber reinforced polyurethane. The use of short fibers results in a smooth or colorable surface. However, this layer has properties (particularly mechanical properties) other than those of the long fiber reinforced layer.
発泡部品の製造方法は、DE 10 2005 034 916 A1から知られている。そのような発泡部品は例えば、繊維強化ポリウレタンからなる。支持材料が、一時的に構造物に挿入される。しかしながら、支持材料はプラスチック材料に結合しないので、対応する支持材料は、硬化後に取り外すことができる。そうすると、得られた発泡部品では、その表面上に構造部が現れる。 A method for producing foamed parts is known from DE 10 2005 034 916 A1. Such foamed parts are for example made of fiber reinforced polyurethane. Support material is temporarily inserted into the structure. However, since the support material does not bond to the plastic material, the corresponding support material can be removed after curing. Then, in the obtained foamed part, a structural part appears on the surface.
そのような繊維強化ポリウレタンは、噴霧法によってしばしば製造される。1つのそのような方法は、例えばDE 10 2005 048 874 A1に記載されている。 Such fiber reinforced polyurethanes are often produced by spraying. One such method is described, for example, in DE 10 2005 048 874 A1.
そのような材料の製造は通常、好ましくは圧縮空気により促進して、ポリウレタン(PUR)噴霧混合頭部に固定されたじょうご状適用装置により、強化に使用される長繊維を、ポリウレタン反応混合物噴霧噴流に横方向に導入することによって実施される。ポリウレタン混合物を中央の管付近で製造するデバイスもまた、市販されている。空気流により管内に長繊維を輸送する。管の終端で、新たに混合されたポリウレタン成分の「液体ホース」が、繊維/空気流を湿潤する。材料を長繊維で強化する際、多くの場合、いわゆるロービングを出発材料として使用する。ロービングは、連続した延伸繊維を加撚せずに一束にまとめたものである。まず、ロービングを、PUR噴霧混合頭部に取り付けられているカッターに通し、次いで、切断繊維をポリウレタンで湿潤する。 The production of such materials is usually facilitated by compressed air, and the long fibers used for reinforcement are converted into a polyurethane reaction mixture spray jet by means of a funnel applicator fixed to a polyurethane (PUR) spray mixing head. It is implemented by introducing it laterally. Devices that produce polyurethane mixtures near the central tube are also commercially available. The long fibers are transported into the tube by air flow. At the end of the tube, a freshly mixed polyurethane component “liquid hose” wets the fiber / air stream. When reinforcing materials with long fibers, so-called rovings are often used as starting materials. Roving is a bundle of continuous stretched fibers without twisting. First, the roving is passed through a cutter attached to the PUR spray mixing head, and then the cut fibers are wetted with polyurethane.
そのような噴霧法では、多くの場合複数の層にわたって、可能な限り均一な繊維−PUR反応混合物の分布が求められる。従って、高い再現性が求められる用途では、ロボットが、シュートを有する噴霧混合頭部をガイドする。 Such spraying methods often require as uniform a fiber-PUR reaction mixture distribution as possible across multiple layers. Therefore, in applications where high reproducibility is required, the robot guides the spray mixing head having a chute.
主要な利点は、本質的にあらゆる面から、長繊維がポリウレタン反応混合物で湿潤されることである。そのようなPUR湿潤繊維は、単一の構造を有さない。むしろ、不規則に配置された長繊維の間には、空気が混在する。そこで、成形品を製造するための開放型に、PUR湿潤長繊維を導入する。ゆるく積み重なった繊維を、場合により高温で、加圧しながら型を閉じることによって最終的な位置に押し入れる。混在している空気は、この過程で押し出される。そのような方法を用いて、種々の部品、例えば、ダッシュボード支持材、ドア内装品、背もたれ装備品、帽子棚、水平および垂直外装品、例えば、フード、ルーフモジュール、側面装備品を製造することができる。 The main advantage is that the long fibers are wetted with the polyurethane reaction mixture from essentially every aspect. Such PUR wet fibers do not have a single structure. Rather, air is mixed between the irregularly arranged long fibers. Therefore, PUR wet long fibers are introduced into an open mold for producing a molded product. The loosely stacked fibers are pushed into their final position by closing the mold while pressing, possibly at an elevated temperature. The mixed air is pushed out in this process. Using such a method, manufacturing various parts such as dashboard supports, door interiors, backrest equipment, hat racks, horizontal and vertical exteriors such as hoods, roof modules, side equipment Can do.
強化のため、相応の部品はしばしば、リブ、支柱、ドームまたは同様の三次元隆起構造部を含む。これらは例えば、後の取り付け、ボルト締および挿入に必要とされる。そのような構造部は、上型やパンチにおける溝および/または円錐形凹部から得られる。しばしば、この凹部のギャップ幅または直径/断面積は非常に小さいので、長繊維は発泡性PURと一緒にキャビティに入り込むことができない。配向がキャビティに一致した長繊維だけが、フォームと一緒にキャビティに入り込むことができる。しかしながら、長繊維のほとんどは傾斜しているので、主にPURが入り込み、繊維は全く入り込まないかまたはほんの僅かしか入り込まない。従って、後に形成されるリブ、支柱および/またはドームが繊維強化されていることを確実にすることができない。 For reinforcement, corresponding parts often include ribs, struts, domes or similar three-dimensional raised structures. These are required for later installation, bolting and insertion, for example. Such a structure is obtained from a groove and / or a conical recess in the upper die or punch. Often the gap width or diameter / cross-sectional area of this recess is so small that long fibers cannot enter the cavity with the foamable PUR. Only long fibers whose orientation matches the cavity can enter the cavity together with the foam. However, since most of the long fibers are inclined, the PUR mainly enters and the fibers do not enter at all or only slightly. Therefore, it cannot be ensured that the ribs, struts and / or domes that will be formed later are fiber reinforced.
繊維を全く含有しないかまたは少ない割合の繊維しか含有しないそのような構造部は、成形品本体の性質以外の性質を有することになる。例えば、少ない繊維が存在するほど、長期熱膨張率は大きくなる。この長期熱膨張率の違いにより、熱負荷をかけると実際の成形品は曲がる。 Such a structure containing no fibers or only a small percentage of fibers will have properties other than those of the molded body. For example, the longer the coefficient of long-term thermal expansion, the greater the number of fibers present. Due to the difference in the long-term thermal expansion coefficient, the actual molded product is bent when a heat load is applied.
加えて、突出構造部は、低い曲げ弾性率を有する。従って、ドーム、リブおよび/または支柱は十分には強化されていない。従って、力伝達点としてそれらを使用すると、完全に繊維強化されたポリウレタン成形品について可能である負荷より小さい負荷しか保持することができない。いかなる挿入ネジもグリップしないであろう。 In addition, the protruding structure has a low flexural modulus. Thus, the dome, ribs and / or struts are not fully reinforced. Thus, using them as force transmission points can only hold loads that are less than is possible for fully fiber reinforced polyurethane moldings. Any insertion screw will not grip.
以下に、噴霧法で成形品に適用される繊維(例えばグラスファイバー)が細長い部品構造部(例えばリブ)に入り込むことができる確率を推定するための、簡単なモデルを記載する。 The following describes a simple model for estimating the probability that fibers (eg, glass fibers) applied to a molded article by the spray method can enter an elongated part structure (eg, ribs).
ここでは、以下のことを仮定する:
・個々の繊維は、細長くて硬質であるとする(繊維長>>繊維厚);
・繊維はまず型平面に堆積され、その後、型平面に対して垂直な領域(例えばリブ)に、上昇するマトリックス材料と一緒に輸送される(二次元的に見て);
・繊維配向および繊維長は、繊維がリブに入り込むことができるかどうかの基準としてもっぱら使用される。従って、相当する部品構造部(例えばリブ)の真下に存在する繊維による侵入の確率が推定される。繊維間の相互干渉は、単純化のために除外する。
・リブ幅に突出された繊維長がリブ幅の二倍より小さい場合かつその場合に限り、繊維はリブに入り込むことができる(図1参照)。
・繊維配向(繊維角度)の分布については、全配向の確率が等しい、即ち、繊維配向の優先的な方向付けは存在しないものとする。
Here we assume the following:
Each individual fiber is slender and hard (fiber length >> fiber thickness);
The fibers are first deposited on the mold plane and then transported together with the rising matrix material (viewed two-dimensionally) to a region perpendicular to the mold plane (eg rib);
• Fiber orientation and fiber length are used exclusively as criteria for whether the fiber can penetrate the ribs. Therefore, the probability of invasion by the fiber existing directly under the corresponding component structure (for example, rib) is estimated. Mutual interference between fibers is excluded for simplicity.
The fiber can enter the rib only if and only if the fiber length protruding in the rib width is less than twice the rib width (see FIG. 1).
-Regarding the distribution of fiber orientation (fiber angle), the probability of total orientation is equal, that is, there is no preferential orientation of fiber orientation.
事象(ここでは、角度0<α繊維<α限界の特定範囲における繊維の適用)発生確率を以下のように定義する:
起こり得る事象数mは、適用された繊維全ての数に相当する。好ましい事象とは、0°〜α限界の間にある繊維配向の全て、即ち、
このようにして、上記角度範囲内に繊維が配向する確率として、以下が得られる:
しかしながら、繊維の完全な360°回転において、リブに入り込むのに好ましい角度範囲は1回だけでなく4回現れる。その角度範囲は、(0<α繊維<α限界)、(180°−α限界<α繊維<180°)、(180°<α繊維<180°+α限界)および(360°−α限界<α繊維<360°)である。従って、リブに繊維が入り込む確率(PR)として、以下が得られる:
リブ幅の繊維長に対する比が0.5より大きい場合、繊維配向はもはや重要ではないので、定義によりPRは1になる(仮定を参照)。 If the ratio is greater than 0.5 relative to the fiber length of the rib width, since the fiber orientation is no longer critical, P R becomes 1 by definition (see assumptions).
図2は、4つの異なったリブ幅についての、繊維長の関数としての、リブに繊維が入り込む確率(PR)を示す。 FIG. 2 shows the probability of fibers entering the ribs (P R ) as a function of fiber length for four different rib widths.
図1は、繊維配向、長さおよびリブ幅の関係を示す。長さがリブ幅の最大二倍である繊維は(繊維角度とは無関係に)常にリブに入り込むことができると仮定する。これは、繊維が1つのリブ縁としか接触せず、リブに引きずり込まれ得る(傾けられる)限界の局面は、繊維とリブ縁との接触点が繊維の中心にある場合であるという考えに基づく。より長い繊維は、角度α繊維が限界角度α限界より小さい場合にのみリブに入り込むことができる。なぜなら、そうでなければ、繊維がリブの両縁上に存在するからである。繊維が1つのリブ縁上にしか存在せず、繊維の中心がリブの外側に存在するならば、そのような繊維はリブに入り込むことができないと考えられる。この仮定により、リブに繊維が入り込む確率が高くなる。なぜなら、繊維が確実に相互に干渉し、実際にはほとんど移動できなくなるからである。 FIG. 1 shows the relationship between fiber orientation, length and rib width. Assume that fibers whose length is at most twice the rib width can always enter the ribs (regardless of fiber angle). This is based on the idea that the fiber is in contact with only one rib edge and the limit aspect that can be dragged (tilted) into the rib is when the contact point between the fiber and the rib edge is in the center of the fiber. Based. Longer fibers can only enter the rib if the angle α fiber is less than the limit angle α limit . This is because otherwise the fibers are on both edges of the rib. If the fiber is on only one rib edge and the center of the fiber is on the outside of the rib, it is considered that such fiber cannot penetrate the rib. This assumption increases the probability of fibers entering the ribs. This is because the fibers reliably interfere with each other and in practice can hardly move.
従って、本発明の目的は、三次元隆起構造部を有する繊維強化ポリウレタン成形品であって、成形品本体も構造部も繊維で強化されているポリウレタン成形品を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fiber-reinforced polyurethane molded article having a three-dimensional raised structure portion, in which both the molded article body and the structural portion are reinforced with fibers.
第一の態様において、この目的は、長繊維に加えて短繊維も含有することを特徴とする、三次元隆起構造部、特にリブ、支柱および/またはドームを有する長繊維強化ポリウレタン成形品であって、リブ、支柱および/またはドームの体積における、短繊維および/または板状充填材の繊維不含有ポリウレタンマトリックスに対する重量比が、隆起構造部以外の二次元領域における、短繊維および/または板状充填材の繊維不含有ポリウレタンマトリックスに対する重量比より大きい、ポリウレタン成形品によって達成される。 In a first aspect, this object is a long fiber reinforced polyurethane molded article with a three-dimensional raised structure, in particular ribs, struts and / or domes, characterized in that it also contains short fibers in addition to long fibers. The weight ratio of short fibers and / or plate filler to fiber-free polyurethane matrix in the volume of ribs, struts and / or domes is short fibers and / or plates in a two-dimensional region other than the raised structure Achieved by polyurethane moldings greater than the weight ratio of filler to fiber-free polyurethane matrix.
天然繊維または合成繊維を、長繊維として使用することができる。グラスファイバーおよび玄武岩繊維に加えて、炭素繊維、アラミド繊維、天然繊維、例えば麻繊維(サイザル、亜麻)を使用することもできる。グラスファイバーを使用することが好ましい。 Natural fibers or synthetic fibers can be used as long fibers. In addition to glass fibers and basalt fibers, carbon fibers, aramid fibers, natural fibers such as hemp fibers (sisal, flax) can also be used. It is preferable to use glass fibers.
長繊維は好ましくは、ロービングに由来し、相応に供給されたカッターで切断するので、成形品における繊維は、例えば1〜30cm、好ましくは2.5〜10cmの長さを有する。 The long fibers are preferably derived from roving and cut with a correspondingly supplied cutter, so that the fibers in the molded product have a length of, for example, 1 to 30 cm, preferably 2.5 to 10 cm.
本発明によれば、三次元隆起構造部、即ち、リブ、支柱および/またはドームは、短繊維強化ポリウレタンを含有する。本発明によれば、用語「短繊維」とは、板状充填材、例えば層状ケイ酸塩、特にマイカを包含する。天然繊維または合成繊維を、短繊維として使用する。短繊維は例えば、ミルドグラスファイバー、玄武岩繊維または炭素繊維であってよい。しかしながら、例えばTremin(登録商標)の商品名で入手可能なウォラストナイト、または同様の鉱物を使用してもよい。本発明によれば、針状結晶であるTremin(登録商標)が好ましい。 According to the invention, the three-dimensional raised structure, i.e. the ribs, struts and / or dome, contains short fiber reinforced polyurethane. According to the invention, the term “short fibers” includes plate-like fillers such as layered silicates, in particular mica. Natural fibers or synthetic fibers are used as short fibers. The short fibers can be, for example, milled glass fibers, basalt fibers or carbon fibers. However, for example, wollastonite available under the trade name Tremin® or similar minerals may be used. According to the present invention, Tremin®, which is a needle-like crystal, is preferred.
短繊維/板状充填材の寸法は、その長さ/直径によって定義される。特に、短繊維の長さ/板状充填材の直径は、1μm〜800μm、好ましくは4μm〜600μm、より好ましくは100μm〜500μmである。 The dimension of the short fiber / plate-like filler is defined by its length / diameter. In particular, the length of the short fibers / diameter of the plate-like filler is 1 μm to 800 μm, preferably 4 μm to 600 μm, more preferably 100 μm to 500 μm.
本発明によれば、図3に示すように、ポリウレタン反応混合物と長繊維の混合物を開放した型に導入する。次いで、ポリウレタンを、短繊維と一緒に隆起構造部の対応箇所に局所的に適用する。短繊維含有ポリウレタン反応混合物を、特にパンチにおけるリブ、支柱および/またはドームのためのキャビティが配置されるこれらの箇所に適用し、型を閉じると、短繊維含有ポリウレタン反応混合物は、キャビティに自由に流入する。 In accordance with the present invention, as shown in FIG. 3, a mixture of polyurethane reaction mixture and long fibers is introduced into an open mold. The polyurethane is then applied locally along with the short fibers to the corresponding location of the raised structure. When the short fiber-containing polyurethane reaction mixture is applied to these locations where cavities for ribs, struts and / or domes, especially in the punch, are located and the mold is closed, the short fiber-containing polyurethane reaction mixture is free to enter the cavity. Inflow.
リブ、支柱および/またはドームのためのキャビティが型の下型に存在するならば、短繊維含有ポリウレタン反応混合物を、キャビティにまず適用し、次いで、長繊維含有ポリウレタン反応混合物を二次元的に適用することができる。 If cavities for ribs, struts and / or domes are present in the lower mold of the mold, the short fiber containing polyurethane reaction mixture is first applied to the cavity and then the long fiber containing polyurethane reaction mixture is applied two-dimensionally. can do.
例えば、短繊維は、リブ、支柱および/またはドームのためのキャビティに自由に流入するのに十分なほど短い長さを有する。例えば、短繊維は、場合により発泡してよいPURと一緒にキャビティに流入する。一方、長繊維は傾斜し、PURと一緒にキャビティに入り込むことはできないか、または入り込むとしても困難である。 For example, the short fibers have a length short enough to freely flow into the cavities for ribs, struts and / or domes. For example, the short fibers flow into the cavity together with a PUR that may optionally foam. On the other hand, the long fibers are inclined and cannot enter the cavity together with the PUR, or it is difficult to enter.
図4に、短繊維または板状充填材を使用せず、隆起領域が未充填のままである、対応する工程を記載する。 FIG. 4 describes the corresponding process in which no short fibers or plate-like fillers are used and the raised areas remain unfilled.
好ましくは、本発明のポリウレタン成形品は、三次元構造部が存在しない面に結合する付加的な外面層を有する。特に、そのような外面スキン層は、深絞り成形シート、とりわけ、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、アクリロニトリル−スチレン−アクリル酸エステル(ASA)、ポリカーボネート(PC)、熱可塑性ポリウレタン、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)および/またはポリ塩化ビニル(PVC)からなる深絞り成形シートからなる。 Preferably, the polyurethane molded article of the present invention has an additional outer surface layer bonded to the surface where no three-dimensional structure exists. In particular, such outer skin layers are deep drawn sheets, especially acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), poly (methyl methacrylate) (PMMA), acrylonitrile-styrene-acrylate (ASA), polycarbonate (PC). And a deep-drawn molded sheet made of thermoplastic polyurethane, polypropylene (PP), polyethylene (PE) and / or polyvinyl chloride (PVC).
成形品は、上記外面スキン層に代えて、いわゆるインモールド塗膜またはゲルコートを含んでなることもできる。インモールド塗装とは、プラスチック成形品の塗装を型内で既に実施する方法である。例えば、反応性が高い二成分塗料を、適当な塗装技術によって型に適用する。その後、本発明に従って、長繊維強化ポリウレタン層を開放型に適用する。続いて、短繊維強化ポリウレタン成分を、上記のように局所的に適用し、型を閉じる。 The molded article may include a so-called in-mold coating or gel coat instead of the outer skin layer. In-mold coating is a method in which a plastic molded product is already painted in a mold. For example, a highly reactive two-component paint is applied to the mold by a suitable coating technique. Thereafter, in accordance with the present invention, the long fiber reinforced polyurethane layer is applied to the open mold. Subsequently, the short fiber reinforced polyurethane component is applied topically as described above and the mold is closed.
別の態様では、本発明の目的は、繊維強化ポリウレタン成形品の製造方法によって達成される。そのような方法は、長グラスファイバーをポリウレタン反応混合物で湿潤する工程、この混合物を開放した型に導入する工程、短繊維強化PURを局所的に適用する工程、および型を閉じる工程を含む。 In another aspect, the object of the present invention is achieved by a method for producing a fiber reinforced polyurethane molded article. Such methods include wetting the long glass fibers with the polyurethane reaction mixture, introducing the mixture into an open mold, applying the short fiber reinforced PUR locally, and closing the mold.
特に、固体含有気体流を、既に噴霧された反応混合物噴霧噴流には計量添加せずに、なお液体であってまだ噴霧されていない噴流に、混合頭部の混合室において導入する方法が好ましい。 Particularly preferred is a method in which the solid-containing gas stream is introduced into the mixing chamber at the head of the mixing head without metering into the already sprayed reaction mixture spray jet, but into a jet that is still liquid and not yet sprayed.
本発明では、「PUR反応混合物の液体噴流」とは、とりわけ、気体流に噴霧された反応混合物の微細液滴状態としてはまだ存在していない液体状での、即ち特に粘稠液相での、反応成分を混合するための混合室領域における、PUR材料の流体噴流を意味する。 In the context of the present invention, the “liquid jet of the PUR reaction mixture” means, inter alia, in a liquid state that is not yet present as a fine droplet state of the reaction mixture sprayed into the gas stream, ie in a particularly viscous liquid phase. Means a fluid jet of PUR material in the mixing chamber region for mixing the reaction components.
先行技術の方法は本質的に、気体流、またはPUR反応混合物を霧化するための相応のノズルを使用し、固体含有気体流をそのような霧化PUR噴霧噴流に計量添加する。いずれの噴霧噴流についても、この場合、噴霧噴流の主な噴霧方向に対して直角な、隣接した噴霧粒子間の距離は、噴霧ノズルからの距離が増大するとともに増大すると考えられる。固体粒子がポリウレタン液滴または既に湿潤された充填材粒子と衝突し、それによって湿潤される確率は、必然的に急速に減少する。充填材とポリウレタンの混合を本発明の方法に従って混合室内で実施するならば、この状況は変わる。 Prior art methods essentially use a gas stream, or a corresponding nozzle to atomize the PUR reaction mixture, and meter the solid-containing gas stream into such an atomized PUR spray jet. For any spray jet, in this case, the distance between adjacent spray particles perpendicular to the main spray direction of the spray jet is considered to increase as the distance from the spray nozzle increases. The probability that solid particles collide with polyurethane droplets or filler particles that have already been wetted and thereby become wet will inevitably decrease rapidly. This situation changes if the mixing of filler and polyurethane is carried out in a mixing chamber according to the method of the invention.
デバイスは、固体を搬送気体流によって混合室へ導入することを特徴としており、固体は、PUR反応混合物の液体噴流に衝突する。固体含有気体流は、2以上の地点から混合室に導入されることによって、混合室内で衝突することができる。隣接する噴霧噴流は互いに大きい角度を形成することができ、円筒形混合室の円周線に対して垂直であってよい。従って、それらは混合室の仮想重心軸において衝突する。しかしながら、それらは、接線方向に導入することもでき、混合室内の流れの主方向に対して直角な円を定義する渦を形成することもある。本発明の方法では、粒子は互いに散逸したり、互いに離れたりすることはできない。なぜなら、混合室壁がそれを妨げるからである。従って、固体は、本発明の方法において混合室内部で損失を伴わずにPUR反応混合物で強制的に湿潤され、均一な気体/固体/PUR材料混合物の一部となる。 The device is characterized by introducing solids into the mixing chamber by means of a carrier gas stream, which impinges on the liquid jet of the PUR reaction mixture. The solid-containing gas flow can collide in the mixing chamber by being introduced into the mixing chamber from two or more points. Adjacent spray jets can form a large angle with each other and can be perpendicular to the circumference of the cylindrical mixing chamber. Therefore, they collide at the virtual center of gravity axis of the mixing chamber. However, they can also be introduced tangentially and may form vortices that define a circle perpendicular to the main direction of flow in the mixing chamber. In the method of the present invention, the particles cannot dissipate from one another or leave one another. This is because the mixing chamber walls hinder it. Thus, the solid is forced to wet with the PUR reaction mixture without loss in the mixing chamber in the process of the present invention and becomes part of a uniform gas / solid / PUR material mixture.
混合室内の得られた気体/固体/PUR材料混合物の混合の質を、付加的な空気渦によって更に改善することが好ましい。空気渦は、接線方向空気ノズルからの空気によって生成する。空気渦に包囲された円形領域は、混合室内における流れの主方向の軸と直角を成す。 It is preferred to further improve the quality of mixing of the resulting gas / solid / PUR material mixture in the mixing chamber with additional air vortices. Air vortices are generated by air from tangential air nozzles. The circular region surrounded by the air vortex is perpendicular to the main flow axis in the mixing chamber.
本発明によれば、1つの同じPURを、短繊維を使用するためまたは短繊維の割合を高めるために使用してよい。通常の方法では、短繊維をポリオール配合物に添加するので、短繊維の割合は、製造工程を通して変化しない。 According to the present invention, one and the same PUR may be used to use short fibers or to increase the proportion of short fibers. In normal methods, short fibers are added to the polyol formulation, so the proportion of short fibers does not change throughout the manufacturing process.
上型は、後に発泡性PUR反応混合物が入り込むことのできるキャビティを有する。特に、短繊維強化反応混合物が、このキャビティに入り込む。 The upper mold has a cavity into which the foamable PUR reaction mixture can later enter. In particular, the short fiber reinforced reaction mixture enters this cavity.
このような本発明の方法によって製造されたポリウレタン成形品は、実際の本体において高い安定性を有するだけではない。短繊維強化ポリウレタン成分が発泡し、上型のキャビティを満たすので、後のドーム、リブおよび/または支柱も繊維強化される。それによって、これらの構造部の高い安定性が達成される。 The polyurethane molded product produced by the method of the present invention has not only high stability in an actual body. As the short fiber reinforced polyurethane component foams and fills the upper mold cavity, the subsequent dome, ribs and / or struts are also fiber reinforced. Thereby, a high stability of these structural parts is achieved.
参照符号のリスト
1 新たに混合されたポリウレタン
2 長繊維
3 上型
4 リブのための凹部
5 下型
6 新たに混合された短繊維含有ポリウレタン
7 二次元プレス加工された長グラスファイバーを含有する構成要素
8 未強化ポリウレタンで満たされた構成要素からなるリブ
9 短繊維強化ポリウレタンで満たされた構成要素からなるリブ
List of
Claims (16)
(b)短繊維強化PUR反応混合物を局所的に適用する工程、および
(c)続いて、型を上型で閉じる工程
を特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載のポリウレタン成形品の製造方法。 (A) wetting the long fibers with the PUR reaction mixture and then introducing into the open mold;
The polyurethane molded article according to any one of claims 1 to 11, characterized by (b) a step of locally applying a short fiber reinforced PUR reaction mixture, and (c) a step of subsequently closing the mold with an upper mold. Manufacturing method.
ii)場合により、長繊維含有気体流をこの噴霧噴流に導入し、
iii)短繊維および場合により長繊維を含有するPUR噴霧噴流を、開放型内または基材支持体上に噴霧し、
iv)長繊維含有気体流を同時に導入しないのであれば、場合により、i)における短繊維量を増加する
請求項12または13に記載の方法。 i) introducing a short fiber-containing gas stream into the polyurethane reaction mixture liquid jet and spraying the short fiber-containing polyurethane jet;
ii) optionally introducing a long fiber containing gas stream into this spray jet;
iii) spraying a PUR spray jet containing short fibers and optionally long fibers in an open mold or on a substrate support;
The method according to claim 12 or 13, wherein the amount of short fibers in i) is optionally increased if iv) the long fiber-containing gas stream is not introduced simultaneously.
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